Methodenartikel

Constructie van constante-belasting (isotoon) en constante-snelheid (isokinetisch) koppel-snelheid-vermogen profielen In vivo voor de ratten plantaire flexoren

1.3K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/68858

⸱

3 oktober 2025

 ,  ,  ,  , 
1Neuromechanical Performance Research Lab, Department of Human Health and Nutritional Sciences, College of Biological Sciences, University of Guelph, 2Aurora Scientific Inc.

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Hier presenteren we een nieuw protocol om de koppel-hoeksnelheid-krachtrelatie in vivo in de plantaire flexoren van ratten niet-invasief te meten met behulp van transcutane spierstimulatie. Deze opstelling maakt het mogelijk om eenvoudig isotone spiercontracties te testen op een krachttransducer/lengtecontrollersysteem om de constante belasting van dagelijkse bewegingen beter weer te geven.

Samenvatting

Inzicht in de koppel-snelheid-krachtrelatie van spieren is van cruciaal belang voor het beoordelen van dynamische spierprestaties, wat implicaties heeft voor gezondheid en ziekte. Terwijl dynamometriestudies bij mensen isokinetische (constante snelheid) of isotone (constante belasting) contracties gebruiken om deze relatie te beoordelen, hebben knaagdiermodellen bijna uitsluitend vertrouwd op isokinetische contracties vanwege de complexiteit van het uitvoeren van isotone lastklemexperimenten op in de handel verkrijgbare systemen. Isotone contracties sluiten beter aan bij de constante belasting van bewegingen die buiten het laboratorium plaatsvinden. Hier presenteren we een nieuw en minimaal invasief protocol voor transcutane elektrische stimulatie en een stapsgewijze workflow voor het beoordelen van de isotone koppel-hoeksnelheid-krachtrelatie in vivo voor de plantaire flexoren van de rat. Isotone en isokinetische koppel-hoeksnelheid-vermogenscurven werden vergeleken bij 10 Sprague-Dawley-ratten. Isotone contracties leverden een hogere maximale verkortingssnelheid (Vmax) en piekvermogen op in vergelijking met isokinetische contracties die een gemiddeld koppel gebruikten. Het isokinetische piekvermogen kwam echter beter overeen met het isotone piekvermogen bij het meten van het piekkoppel van isokinetische contracties als gevolg van een vermindering van de kromming van de koppel-hoeksnelheidscurve. Bovendien verschilden het koppel en de snelheid bij piekvermogen afhankelijk van het protocoltype dat werd gebruikt. Alle datasets passen sterk in de vergelijking van Hill (R2 > 0,98), hoewel isotone gegevens de 'zwakste' pasvormen hadden, waarschijnlijk vanwege de meer variabele aard van contracties met constante belasting. Op basis van deze bevindingen wordt aanbevolen om waar mogelijk isotone contracties te gebruiken, vooral als het gaat om het beoordelen van Vmax of piekvermogen. Als in plaats daarvan isokinetische tests moeten worden gebruikt, wordt hierin een waardevolle gids gegeven om de beperkingen te begrijpen en de vertaalbaarheid naar contracties met constante belasting te maximaliseren.

Inleiding

Basisonderzoek naar hoe spierprestaties veranderen bij inspanning, rijping, veroudering of ziekte omvat vaak alleen beoordelingen van de kracht- of koppelproductie tijdens isometrische (d.w.z. constante spierlengte of gewrichtshoek) contracties. Sinds het baanbrekende werk van A.V. Hill in de jaren 19301, zijn experimenten met spierprestaties echter geleidelijk uitgebreid tot het opnemen van dynamische omstandigheden, waarbij de relatie tussen kracht, snelheid en hun product, vermogen,wordt beoordeeld 2,3,4,5,6,7,8 . Naarmate de snelheid van verkorting toeneemt, neemt de kans op het vormen van krachtproducerende actine-myosine-kruisbruggen af, waardoor de inverse hyperbolische vorm van de kracht-snelheidscurve 1,2 ontstaat. Kracht biedt dus een algemene weergave van de dynamische prestaties van een spier, waarbij de afweging tussen submaximale kracht en submaximale snelheid wordt getoond bij het bereiken van maximale kracht9. Met name studies bij mensen zijn gevorderd tot het gebruik van dynamometrie van het hele lichaam (bijv. HUMAC of Biodex), waardoor de relatie tussen koppel, snelheid en vermogen kan worden beoordeeld met behulp van isokinetisch10 (constante hoeksnelheid) of isotoon 11,12,13,14,15,16 (constante belasting) bewegingen. Van deze twee bewegingstypen zijn isotone contracties beter afgestemd op de constante belasting van bewegingen die buiten het laboratorium plaatsvinden, waardoor het een uitdaging wordt om de betrokken spieren te belasten, terwijl isokinetische contracties onnatuurlijker zijn omdat de krachttransducerende hefboomarm van de dynamometer alleen met een vaste hoeksnelheid 12,16,17 kan bewegen, 18. okt.

In de afgelopen twee decennia is er ook aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van kleine dynamometersystemen voor het beoordelen van spierprestaties bij knaagdieren 19,20,21,22,23,24. Knaagdiermodellen bieden bijna eindeloze mogelijkheden voor preklinisch onderzoek van ziekten die de spieren nadelig beïnvloeden, waaronder diabetes type 225, obesitas26, kankercachexie27, sarcopenie19,28, spastische hersenverlamming29,30, Duchenne spierdystrofie31, desminopathie32, en meer. Herhaalde, longitudinale metingen van spierprestaties met behulp van levende dieren zijn mogelijk geworden door gebruik te maken van elektrische stimulatie van de perifere zenuw of percutane spier onder narcose 33,34. Helaas, aangezien deze contracties elektrisch moeten worden opgeroepen, zijn ze meer bevorderlijk geweest voor de simplistische en gecontroleerde aard van isokinetische in plaats van isotone contracties (die een meer genuanceerde benadering vereisen) voor het construeren van de relatie tussen koppel, snelheid en vermogen. Bovendien zijn het implanteren van perifere zenuwmanchetten of directe spierstimulatie via een naaldelektrode invasieve procedures, die een operatie of het zorgvuldig inbrengen van verblijfselektroden door de huid vereisen, en dus brengt herhaald gebruik risico's met zich mee voor nadelige effecten of inconsistenties die de resultaten tussen herhaalde testsessies op hetzelfde dier zouden kunnen verstoren.

Hier wordt een nieuwe opstelling gepresenteerd voor het beoordelen van de in vivo koppel-hoeksnelheid-krachtrelatie bij ratten met behulp van een consistente en minimaal invasieve procedure van transcutane (d.w.z. buiten de huid) spierstimulatie op een krachttransducer/lengtecontrollersysteem. Bovendien biedt deze studie een vergelijking tussen isotone en isokinetische koppel-snelheid-vermogenscurven die op basis van deze techniek zijn geconstrueerd, met technische/methodologische aanbevelingen op basis van de nuances van beide procedures.

Protocol

Alle protocollen zijn goedgekeurd door het Animal Care Committee van de University of Guelph (AUP #4905) en volgden de richtlijnen van de Canadian Council on Animal Care.

OPMERKING: De materialen die in de materiaaltabel worden vermeld, zijn nodig voor de constructie van de elektrodehouder, het positioneren van de rat in het krachttransducer-/lengtecontrollersysteem en het verzamelen van de gegevens over koppel, positie en hoeksnelheid.

1. Dieren

  1. Zorg voor 10 vrouwelijke Sprague Dawley-ratten (leeftijd: 11 weken; lichaamsgewicht: 228 ± 21 g).
  2. Huisvest de ratten bij 23 °C in groepen van twee of drie en geef ad libitum toegang tot een Teklad wereldwijd 18% eiwit knaagdierdieet en water op kamertemperatuur.

2. Op maat gemaakte elektrodehouder

  1. Construeer de op maat gemaakte elektrodehouder voor transcutane stimulatie voornamelijk van in de handel verkrijgbare bouwonderdelen, waarvan de bouwinstructies worden gepresenteerd in aanvullend bestand 1.
  2. Ontwerp en 3D-print het stuk elektrodehouder met het STL-bestand bijgevoegd in aanvullend bestand 1.
    OPMERKING: Dit elektrode-houder stuk bevat gaten die zijn aangebracht om 1-1/2" staal gegalvaniseerde gladde afwerkingsspijkers vast te houden. De positionering van de spijkers in deze gaten is bedoeld om te worden aangepast op basis van de grootte/positie van de individuele rat die wordt getest. Aan deze nagels zijn kathode- en anodedraden gesoldeerd die zijn aangesloten op een krachtige, tweefasige stimulator om transcutane stimulatie van de plantaire flexoren te leveren.

3. Eerste in vivo mechanische testopstelling

  1. Het in vivo systeem inschakelen
    1. Zet de warmtepomp aan en stel deze in op 37 °C.
    2. Zet de computer aan. Open de DMCv5.5 software.
    3. Zet op de stimulatordoos de grote aan/uit-schakelaar en de kleinere aan-uitgangsschakelaar om.
    4. Zet de aan/uit-schakelaar voor het Dual-Mode Hendelsysteem aan.
    5. Klik op Protocol in de software. Laad een protocol dat een contractie van 500 ms en 100 Hz levert (pulsbreedte 0,1 ms) bij een enkelhoek van 90° (d.w.z. de standaard neutrale hoek voor de software).
      OPMERKING: De stappen voor het ontwerpen van een protocol vallen buiten het bestek van deze studie en zijn toegankelijk in de gebruiksaanwijzingen voor een bepaald systeem.
    6. Stel de offsetkracht in op 350 mN×m (het maximale koppel dat door dit systeem kan worden geregistreerd; het is onwaarschijnlijk dat een rat die waarde 28,35,36,37,38 overschrijdt) en laad vervolgens het protocol.
    7. Zet de schakelaar op het systeem op Uitvoeren. Zorg ervoor dat het voetpedaal (aangegeven in afbeelding 1) op zijn plaats klikt.
  2. De rat voorbereiden
    1. Verdoof de rat via isofluraan met behulp van standaardwerkprocedures bij de toepasselijke onderzoeksinstelling39 (hier werden bijvoorbeeld richtlijnen van de anesthesietraining voor knaagdieren van de Universiteit van Guelph gebruikt, waarbij isofluraan werd ingesteld op 4% en het zuurstofdebiet werd ingesteld op 2,5 l/min voor de eerste inductie, en isofluraan werd verlaagd tot 1,5-2% en het zuurstofdebiet tot 1,5 l/min voor onderhoud). Plaats de rat met zijn mond/neus in een mondkegel op een verwarmd platform (Figuur 1). Bewaak de ademhaling en hartslag van de rat om een consistente en veilige diepte van de anesthesie te garanderen, volgens de standaardwerkprocedures39.
    2. Verdeel oogzalf over de ogen om te voorkomen dat de ogen uitdrogen.
    3. Scheer het linkerbeen volledig van het haar af met een elektrisch scheerapparaat.
    4. Smeer een in de handel verkrijgbare ontharingscrème op het hele been met behulp van een wattenstaafje (bijv. wattenstaafje). Wacht 3 minuten en schraap dan de room eraf met zoveel wattenstaafjes als nodig is. Probeer het been zo bloot mogelijk te hebben.
      OPMERKING: Deze stap is nodig omdat het haar het contact tussen de elektroden, de geleidende gel en de huid zal verstoren wanneer wordt geprobeerd elektrische stimulatie toe te dienen.
    5. Maak het been volledig schoon door wattenbolletjes nat te maken met gedestilleerd water en ze over het been af te vegen.
    6. Droog het been af met keukenpapier.
  3. Positionering van de rat
    1. Wikkel chirurgische tape om de voet en het voetpedaal om de voet op zijn plaats te houden. Het moet zo strak mogelijk zijn. Zorg er vooral voor dat de hiel in de gleuf aan de onderkant van het voetpedaal vastzit. Gebruik instelknop 3 (gelabeld in afbeelding 1) om het voetpedaal naar behoefte dichterbij of verder weg te bewegen om ervoor te zorgen dat de knie gestrekt is.
    2. OPMERKING: Echte volledige extensie van de knie is hier moeilijk te bereiken, dus maak je geen zorgen als de knie niet volledig gestrekt is.
    3. Zet de klem op en duw in het midden van het proximale scheenbeen om het onderbeen op zijn plaats te houden (zie afbeelding 1voor een visuele weergave). Gebruik de instelknoppen 1 en 2 (gelabeld in afbeelding 1) om het voetpedaal zo te plaatsen dat het in lijn is met de clamp.
  4. Plaatsing van de elektrode
    1. Verspreid met een pincet geleidende gel op beide elektroden en op het achterste deel van de poot van de rat.
    2. Plaats de elektroden zoals weergegeven in afbeelding 1 en zorg ervoor dat er gel tussen de elektroden en het been zit. De distale elektrode gaat net distaal naar de gastrocnemii, terwijl de proximale elektrode aan het proximale uiteinde van de gastrocnemii gaat, waar deze het kniegewricht ontmoet. Vind deze locaties door de 'uitstulping' van de gastrocnemii aan de achterkant van het onderbeen te palperen.
    3. Draai aan het tandwiel (aangegeven in afbeelding 1) om de elektroden op hun plaats te tillen om een constant contact tijdens stimulaties te garanderen. Duw het niet te hard omhoog, anders oefent het ongewenste passieve koppel uit op het voetpedaal. Er hoeft slechts een lichte buiging in de as te zijn (aangegeven in afbeelding 1) die de elektroden vasthoudt om ervoor te zorgen dat deze tijdens de stimulatie op hun plaats blijft.
  5. Automatisch opslaan inschakelen
    1. Keer terug naar de DMCv5.5 software. Klik bovenaan op Instellingen en vervolgens op Map automatisch opslaan.
    2. Ga naar de map die is gekozen om de gegevensbestanden in op te slaan en klik vervolgens op Huidige map.
    3. Typ een basisnaam (bijvoorbeeld de identificatiecode van de rat) in het vak AutoSave Base en klik vervolgens op AutoSave inschakelen. Alle gegevensbestanden worden nu opgeslagen in de geselecteerde map met die autosave-basisnaam. Vergeet niet om de basisnaam toe te voegen, afhankelijk van het protocol dat wordt uitgevoerd (bijv. "C1Black-70deg" voor een contractie van 100 Hz bij een enkelhoek van 70°; als bestandsnaam wordt dit weergegeven als "C1Black-70deg.ddf" in de gekozen AutoSave-map).

4. Stroomoptimalisatie voor 100 Hz stimulatie

  1. Het protocol van 100 Hz bij 90° is al geladen vanaf stap 3.1.5. Zet de stimulator op 20 mA. Dit zal een zeer laag stimulatieniveau zijn en zal de onderzoeker laten weten of hij aanpassingen moet maken aan de plaatsing van de elektrode/gel (bijv. als het koppelspoor er ongelijk uitziet of het been uit de klem glijdt) zonder veel spiervermoeidheid te veroorzaken 28,35,36,37,38.
  2. Klik op Test starten om het protocol uit te voeren. Spieren die samentrekken, moeten zichtbaar zijn. Nadat het protocol is uitgevoerd, klikt u op Analyse om te controleren hoeveel koppel er is geproduceerd en zorg ervoor dat het selectievakje Basislijncorrectie is aangeklikt.
  3. Na 2 minuten rust te hebben toegelaten, verhoogt u tot 30 mA en voert u het protocol opnieuw uit. Klik op Analyse om te controleren hoeveel koppel er is geproduceerd en zorg ervoor dat het vakje Baseline-correctie is aangeklikt (dit vak zorgt ervoor dat passief koppel wordt afgetrokken van het totale koppel om een meting van het actieve koppel te verkrijgen).
    OPMERKING: Het gebruik van deze basislijncorrectietool werkt alleen op deze opstelling bij een enkel van 90°. Bij alle andere hoeken moet de in stap 5.1 beschreven methode worden gebruikt om het actieve koppel te berekenen. Hoewel 2 minuten rust hier wordt aanbevolen bij jonge gezonde ratten, kan deze rusttijd langer moeten zijn (bijv. 3-5 minuten) in verouderings- of ziektemodellen.
  4. Herhaal de bovenstaande stap gedurende 40 mA. Als het koppel is afgenomen ten opzichte van 30 mA, dan is 30 mA de optimale stimulus. Als het koppel van 40 mA groter was, verhoog dan tot 50 mA en stimuleer opnieuw na 2 minuten rust. Als het koppel is gedaald, dan was 40 mA de optimale prikkelstroom.
  5. Herhaal dit proces totdat de optimale stimulus is gevonden (d.w.z. geen toename van de koppelproductie meer zien na het verder verhogen van de stimulatiestroom). Meestal is de optimale prikkelstroom 40 mA of 50 mA.

5. Isotone contracties voor de koppel-snelheid-krachtrelatie

  1. Maak een protocol dat een isometrische contractie van 500 ms en 100 Hz induceert bij een enkelhoek van 70° (d.w.z. de meest dorsaalbuige hoek waar dit hefboomsysteem naartoe gaat) (protocolbestand beschikbaar in aanvullend bestand 2). Voer dit protocol uit. Registreer het maximale actieve koppel (d.w.z. het totale koppel minus het passieve basiskoppel voorafgaand aan de stimulatie) dat tijdens deze contractie wordt geproduceerd. Gebruik deze waarde om de lastklemmen in de isotone protocollen te bepalen.
  2. Maak in het Protocolscherm een protocol om de enkel naar een dorsaalbuige positie te verplaatsen en stimuleer vervolgens gedurende 500 ms voordat u terugkeert naar een neutrale positie (Figuur 2; .dpf-protocolbestand in aanvullend bestand 2).
  3. Bereken de isotone belastingen die overeenkomen met 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% en 80% van het maximale actieve koppel bij 70°, geregistreerd in stap 5.1. Zorg ervoor dat u ook het passieve basiskoppel weer op de lastklem toevoegt (zie voorbeeld in afbeelding 2). Laat deze lastklemmen in willekeurige volgorde uitvoeren met behulp van de onderstaande stappen.
  4. Typ in de DMCv5.5-software in het vak Offset Force (die momenteel is ingesteld op 350 vanaf stap 3.1.6) de berekende koppelwaarde (d.w.z. van de waarden berekend in stap 5.3 hierboven) die overeenkomt met de eerste lastklem die moet worden gebruikt. Laad nu het isotone protocol dat in stap 5.2 is gemaakt en deze nieuwe offsetkracht wordt toegepast. Door deze submaximale offsetkracht in te stellen, zal verkorting optreden wanneer het door de plantaire flexoren geproduceerde koppel deze waarde bereikt en op deze waarde blijft staan (Figuur 2).
  5. Klik op Test starten om het protocol uit te voeren. Er zal een isotone contractie optreden.
  6. Herhaal de bovenstaande twee stappen met 2 minuten rust tussen elke isotone lastklem totdat alle acht isotone contracties (10-80%) zijn uitgevoerd.

6. Isokinetische contracties voor de koppel-snelheid-krachtrelatie

  1. Stel de offsetkracht in op 350 mN×m als deze er nog niet is.
  2. Maak acht isokinetische verkortingsprotocollen die overeenkomen met verkortingssnelheden van 50, 100, 200, 300, 400, 600, 800 en 1000°/s (protocolbestanden beschikbaar in aanvullend bestand 2). In deze protocollen beweegt u eerst passief de enkel naar 70° (d.w.z. de meest dorsaalbuige hoek die beschikbaar is op dit systeem), stelt u vervolgens 100 Hz-stimulatie in op het begin van de verkorting, en gaat u verder terwijl de enkel naar 120° beweegt (d.w.z. de meest plantairflexe hoek die beschikbaar is op dit systeem) (Figuur 3). Nadat de stimulatie is afgelopen, stelt u de enkel in om terug te keren naar de standaard neutrale hoek van het systeem van 90°.
  3. Voer elk van deze isokinetische tests uit in een willekeurige volgorde, met 2 minuten rust tussen elke test.

7. Analyseren van de isotone en isokinetische testbestanden

  1. Isotone testanalyse
    1. Aangezien isotone tests een constante belasting gebruiken, moet u de hoeksnelheid tijdens het inkorten registreren. Als u de hoeksnelheid van deze tests wilt analyseren, opent u het gegevensbestand. Zoom in op het deel van het positiespoor dat aangeeft wanneer de isotone verkorting plaatsvond. Klik op Spieranalyse.
    2. Om de gemiddelde helling tijdens het inkorten te berekenen, kijkt u naar de kolom Positie en voert u de berekening uit: Gemiddelde hoeksnelheid = (Minimale positie - maximale positie)/Totale tijd. Merk op dat de "Minimumpositie" de meest dorsaalbuige hoek vertegenwoordigt, namelijk de beginpositie van het gewricht.
  2. Isokinetische testanalyse
    1. Aangezien isokinetische tests een constante snelheid gebruiken, moet u het koppel registreren dat tijdens het inkorten wordt geproduceerd.
      OPMERKING: De huidige studie toont twee verschillende methoden voor het registreren van het koppel uit deze protocollen: het gemiddelde koppel tijdens het inkorten en het piekkoppel tijdens het inkorten. De voor- en nadelen van elk worden weergegeven in de representatieve resultaten.
    2. Open het gegevensbestand. Om het gemiddelde koppel te registreren, zoomt u in op het koppelspoor tijdens de inkortingsfase. Klik om het venster Spieranalyse te openen. Van de waarden in de koppelkolom registreert u het gemiddelde koppel als: Gemiddeld koppel = Integratie/Totale tijd.
    3. Registreer vanuit hetzelfde spieranalysevenster het piekkoppel als de waarde die wordt aangegeven in het vak Maximaal koppel .

8. Curve-aanpassing van de gegevens over koppel en hoeksnelheid

  1. Maak in een spreadsheet een apart blad voor de isotone gegevens en isokinetische gegevens voor elke rat. Organiseer de gegevens in elk blad in twee kolommen: kracht en snelheid. Neem in deze gegevens het maximale koppel bij 70° op, wat overeenkomt met een snelheid van 0°/s. Label elk blad als [Naam rat] gevolgd door [ISOT] of [ISOK], overeenkomend met respectievelijk isotone of isokinetische gegevens (bijv. "C1BLACK ISOT" of "C1BLACK AVG ISOK" waarbij C1BLACK de naam van de rat is; zie figuur 4 voor meer voorbeelden).
    OPMERKING: Deze naamgevingsconventies zijn nodig voor de Python-code die in de volgende stap wordt gebruikt. Deze specifieke naamgevingsconventies zijn alleen vereist in dit spreadsheetbestand.
  2. Volg de link in Aanvullend Bestand 3 om de aangepaste Python-code uit te voeren, met behulp van de aanvullende codegerelateerde instructies in Aanvullend Bestand 3. Zodra de code is uitgevoerd, verschijnt er een venster waarin de onderzoeker wordt gevraagd de spreadsheet te selecteren met de afzonderlijke bladen voor de isotone en isokinetische gegevens van elke rat die in stap 8.1 zijn gemaakt. Als deze code correct is georganiseerd op basis van de beschrijving in stap 8.1 en afbeelding 4, wordt een venster weergegeven met een aangepaste koppel-snelheid-vermogenscurve voor elke set gegevens (voorbeelden in afbeelding 4). In deze code worden alle gegevens aangepast aan de volgende vergelijking1:
    figure-protocol-1
    Met Fmax als het maximale isometrische koppel van 100 Hz bij 70°, waarbij F en V respectievelijk het koppel van de isotone lastklem en de hoeksnelheid vertegenwoordigen, en a en b de thermodynamische constanten van Hill vertegenwoordigen met respectievelijk de eenheden van koppel (N•m) en snelheid (°/s).
    OPMERKING: Nadat de code elke set kracht- en snelheidsgegevens heeft doorzocht, wordt een nieuw Excel-bestand geproduceerd met voor elke aangepaste curve de volgende gegevens: maximale verkortingssnelheid (Vmax), Fmax, de a- en b-coëfficiënten, de kromming van de koppel-snelheidscurve (a / Fmax), piekvermogen, de koppelwaarde die overeenkomt met het piekvermogen, de hoeksnelheidswaarde die overeenkomt met het piekvermogen, en de R2-waarde die aangeeft hoe goed de verzamelde gegevens in de vergelijking passen (Figuur 4).

9. Vergelijking van de isotone en isokinetische koppel-snelheid-vermogensprofielen

  1. Om het risico op vertekeningen in verband met de testvolgorde te elimineren, 1) wissel af tussen het eerst uitvoeren van de isotone tests en het eerst uitvoeren van de isokinetische tests; en 2) randomiseer de contractievolgorde binnen elke set isotone (lastklemmen van 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 en 80% maximaal koppel) en isokinetische (hoeksnelheden van 50, 100, 200, 300, 400, 600, 800 en 1000°/s) contracties. Selecteer het bereik van isokinetische hoeksnelheden in overeenstemming met eerdere studies op de in-vivo plantaire flexorenvan ratten 23.
  2. Gebruik een ANOVA met herhaalde metingen in twee richtingen om overeenkomsten en verschillen te beoordelen tussen de koppel-snelheid-vermogenscurven die worden geproduceerd met de drie methoden die hier worden gebruikt (isotoon, isokinetisch met gemiddeld koppel tijdens het inkorten en isokinetisch met piekkoppel tijdens het inkorten) voor de volgende variabelen: Vmax, de a - en b-coëfficiënten, kromming, piekvermogen, koppel bij piekvermogen, hoeksnelheid bij piekvermogen, en R2. Pas een Bonferroni-correctie toe op alle paarsgewijze vergelijkingen. Stel het alfaniveau in op α = 0,05.

Resultaten

Figuur 5A toont de koppel-snelheidsrelaties die worden gegenereerd uit de onbewerkte gegevenspunten, en Figuur 5B gebruikt de gemiddelde Fmax en a- en b-coëfficiënten om deze gegevens uit te zetten die passen bij Hill's vergelijking1, samen met de koppel-vermogenscurves, waarin koppel en snelheid samen werden vermenigvuldigd om het vermogen te berekenen. Alle methoden (isotoon, isokinetisch met gemiddeld koppel, isokinetisch met behulp van piekkoppel) laten de verwachte vorm van de koppel-snelheidsrelatie zien, waarbij de hoekverkortingssnelheid hyperbolisch afneemt met toenemend koppel, en vice versa, en met piekvermogen geproduceerd bij submaximale niveaus van zowel koppel als snelheid.

Figuur 6 toont de gegevens die zijn verkregen uit de aanpassing van de bocht aan het koppel en de hoeksnelheid. De curve die uit de isotone tests is verkregen, voorspelt een grotere Vmax dan beide isokinetische curven (P = 0,002 vergeleken met beide; Figuur 6A). De isotone curve leverde ook een groter piekvermogen op dan de isokinetische curve met behulp van een gemiddeld koppel (P = 0,006), maar deze discrepantie werd overwonnen door in plaats daarvan het piekkoppel van de isokinetische tests te gebruiken, wat een piekvermogen opleverde dat niet verschilde van dat van de isotone curve (P = 1,00) (Figuur 6B). Deze toename van het piekvermogen met behulp van het piekkoppel in de isokinetische curve werd wiskundig bereikt door de kromming van de koppel-snelheidscurve te verminderen in vergelijking met het gebruik van het gemiddelde koppel (P < 0,001) (Figuur 6G), ondanks het behoud van dezelfde Vmax (P = 1,00) (Figuur 6A). Deze vermindering van de kromming als gevolg van het gebruik van het piekkoppel van de isokinetische tests resulteerde ook in een overschatting van het koppel bij piekvermogen in vergelijking met de isotone curve (P < 0,001), terwijl de isokinetische curve met gemiddeld koppel beter overeenkwam met het koppel bij piekvermogen van de isotone curve (P = 1,00) (Figuur 6C). Dat gezegd hebbende, onderschatte de isokinetische curve met het gemiddelde koppel de snelheid bij piekvermogen in vergelijking met de isotone curve (P < 0,001) (Figuur 6D). Het gebruik van het piekkoppel voor de isokinetische curve bracht de snelheid bij het piekvermogen dichter bij die van de isotone curve, maar met nog steeds een lichte onderschatting (P = 0,043) (Figuur 6D). Ten slotte, hoewel alle datasets sterk pasten in de Hill-vergelijking (allemaal R2 > 0,98), paste de isotone curve iets zwakker dan de andere twee (P = 0,015-0,029). Gezamenlijk tonen deze bevindingen aan hoe dynamische contracties met constante belasting, die beter lijken op bewegingen in de echte wereld, andere resultaten opleveren in vergelijking met de meer algemeen gebruikte dynamische contracties met constante snelheid bij het beoordelen van de relatie tussen koppel, snelheid en vermogen.

Alle individuele gegevens zijn openbaar beschikbaar op: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.29099018.v2

figure-results-1
Figuur 1: Weergave van hoe de rat is ingesteld voor in vivo testen van de mechanische functie van de plantaire flexor. De rat wordt onder isofluraanverdoving op een verwarmd platform geplaatst. De voet wordt stevig aan het voetpedaal vastgeplakt met de hiel vast, en een klem wordt in het scheenbeen geduwd om het onderbeen op zijn plaats te houden. Instelknoppen 1, 2 en 3 helpen bij een optimale positionering van het been in een gestrekte kniepositie en anatomische uitlijning met de as van het voetpedaal. Geleidende gel wordt verspreid over de proximale en distale plaatsen van de plantaire flexorspiergroep. De elektrodehouder zet de elektroden op hun plaats voor transcutane stimulatie. Het tandwiel op de op maat gemaakte elektrodehouder duwde de elektroden omhoog tegen de huid die over de plantaire buigspieren lag. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 2: Voorbeeld van ruwe koppel-, positie- en stimulatiesporen voor een isometrische stimulatie van 100 Hz bij een enkelhoek van 70°, die vervolgens werd gebruikt om het piekkoppel te bepalen in isotone contracties met belastingen ingesteld op 10% tot 80% van het piekkoppel. Inbegrepen is een voorbeeld van het berekenen en instellen van de isotone belasting voor een isotone contractie van 30%. Merk op dat bij het instellen van de lastklem ("Offset-kracht") de berekende belasting een percentage vertegenwoordigt van het maximale actieve koppel van 100 Hz (d.w.z. totaal koppel minus passief basiskoppel), maar het passieve basiskoppel wordt weer toegevoegd omdat het systeem geen onderscheid kan maken tussen totaal koppel en actief koppel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-3
Figuur 3: Voorbeeld van een ruw koppel en positiesporen van isokinetische contracties, waarvan het piek- en gemiddelde koppel werden gemeten tijdens het inkorten. De gepresenteerde tests zijn met snelheden van 50, 100, 200, 300, 400, 600, 800 en 1000°/s (aangegeven in de positietraceringspanelen). Verticale stippellijnen in de uitlezing "Stimulatie" geven het begin en einde van de elektrische stimulatie aan (echte stimulatie is niet zichtbaar op deze foto's van de gegevensuitlezingen). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-4
Figuur 4: Weergave van de stappen die nodig zijn voor het aanpassen van de bocht van het koppel (hier aangeduid als "kracht") en snelheidsgegevens. Nadat elke afzonderlijke set koppel- en snelheidsgegevens is gerangschikt in een eigen blad met het label [Rattennaam] [ISOK of ISOT] (ISOT = isotoon, ISOK = isokinetisch), wordt de code uitgevoerd. Er verschijnt een venster waarin wordt gevraagd een Excel-bestand te selecteren. Nadat u het bestand met alle gelabelde vellen hebt geselecteerd, verschijnt elke curve één voor één, zodat ze visueel kunnen worden geïnspecteerd om er zeker van te zijn dat er geen fouten in de ingevoerde gegevens zitten. Elke curve toont de maximale verkortingssnelheid (Vmax), de maximale koppelwaarde (Fmax) die zou zijn ingevoerd op basis van de gemeten gegevens, de a- en b-coëfficiënten van de curve, de kromming van de koppelsnelheidscurve (a / Fmax), piekvermogen, de koppelwaarde die overeenkomt met het piekvermogen ("Opt Force"), de hoeksnelheidswaarde die overeenkomt met het piekvermogen ("Opt Vel"), en de R2-waarde die aangeeft hoe goed de verzamelde gegevens in de vergelijking passen. Nadat u door elke curve hebt geklikt, wordt automatisch een Excel-bestand gegenereerd met alle gegevens die zijn geproduceerd door curve-fitting voor elke curve die zojuist is doorgeklikt. Vergeet niet dit bestand op te slaan voordat u het sluit. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-5
Figuur 5: Koppel-hoek-snelheid-vermogenscurves. (A) De koppel-hoeksnelheidscurven die zijn opgebouwd uit ruwe gegevens voor de isotone tests (groen), de isokinetische tests met het gemiddelde koppel tijdens het inkorten (blauw) en de isokinetische tests met het piekkoppel tijdens het inkorten (oranje). (B) De gemiddelde curven die worden gegenereerd door deze gegevens aan te passen aan Hill's vergelijking1 , samen met de koppel-vermogenscurven die zijn gemaakt door koppel en hoeksnelheid met elkaar te vermenigvuldigen. De gegevens in paneel A worden weergegeven als het gemiddelde ± de standaarddeviatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-6
Figuur 6: Gegevens verkregen door de aanpassing van de curve van het koppel en de hoeksnelheid. Vergelijking van (A) Vmax, (B) piekvermogen, (C) koppel bij piekvermogen, (D) snelheid bij piekvermogen, (E) de a-coëfficiënt, (F) de b-coëfficiënt, (G) kromming en (H) R2 tussen de curven die zijn gegenereerd uit de isotone tests (ISOT), isokinetische tests met gemiddeld koppel (ISOK AVG) en isokinetische tests met piekkoppel (ISOK PEAK). *Significant verschil (P < 0,05). De gegevens worden weergegeven als het gemiddelde ± de standaarddeviatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Aanvullend bestand 1: Bouwinstructies voor elektrodehouders en 3D-printbestanden (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.28574951.v1)

Aanvullend bestand 2: .dpf-protocolbestanden voor het 3-in-1-systeem van Aurora Scientific (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.29099018.v2)

Aanvullend bestand 3: Python-code voor curve-fitting koppel-hoeksnelheidsgegevens (https://github.com/ahinks192/Torque-Velocity-Curve)

Discussie

De huidige studie toont een nieuwe opstelling voor in vivo testen van de mechanische functie van de plantaire flexor van ratten met behulp van transcutane elektrische stimulatie. In het bijzonder laat de huidige studie zien hoe de koppel-hoeksnelheid-krachtrelatie kan worden beoordeeld met behulp van isotone contracties, die beter aansluiten bij de constante-belasting, snelheidsafhankelijke omstandigheden van bewegingen die buiten het laboratorium plaatsvinden dan isokinetische contracties. Desalniettemin wordt ook gepresenteerd hoe metingen van een isokinetische koppel-hoeksnelheid-krachtrelatie kunnen worden geoptimaliseerd om resultaten van isotone contracties na te bootsen. Vanwege het herhaalbare karakter van deze experimentele opstelling, hebben deze beoordelingen van dynamische prestaties op gewrichtsniveau het potentieel om het begrip van hoe leeftijd, ziekte, immobilisatie en verschillende inspanningsinterventies de contractiele functie van de spieren in knaagdiermodellen beïnvloeden, enorm te verbeteren. Deze opstelling is inderdaad eerder gebruikt om de mechanische functie van de plantaire flexor tussen jonge en oude ratten te vergelijken, en voor en na het gieten en trainen van interventies 35,36,37,38,28.

Een belangrijk voordeel van het gebruik van de isotone protocollen ten opzichte van de isokinetische protocollen is dat de isotone protocollen meer geïndividualiseerd kunnen worden voor een bepaalde rat. De isotone protocollen beginnen met het bepalen van de maximale koppelproductiecapaciteit, vervolgens worden de lastklemmen genormaliseerd naar die specifieke waarde (d.w.z. de isotone curve heeft variatie in zowel de koppel- als de snelheidsas in figuur 5A). Met de isokinetische protocollen kan Vmax niet vooraf worden bepaald, dus is het niet mogelijk om het bereik van submaximale hoeksnelheden te normaliseren naar een maximale snelheidswaarde en in plaats daarvan een gestandaardiseerd bereik van hoeksnelheden te gebruiken (d.w.z. de isokinetische curve heeft alleen variatie in de koppelas). Dit gestandaardiseerde bereik zou een probleem kunnen worden voor ratten die intrinsiek een langzamere productiecapaciteit hebben (bijv. bij veroudering16,40), aangezien de tests slechts een kleiner bereik van hun koppel-hoeksnelheidscurve zouden vastleggen, waarbij sommige van de gestandaardiseerde snelheden mogelijk in de buurt van of boven Vmax zouden vallen. Isotone contracties zorgen daarom voor een beter vertrouwen in het vastleggen van een volledige weergave van de koppel-hoeksnelheidscurve, en dus de energieproductie, op elk moment voor elke gezondheidstoestand. Met andere woorden, zoals onlangs opgemerkt door Thompson18, maken isokinetische tests geen onderscheid tussen piekkoppel- en vermogensmetingen omdat snelheden beperkt zijn voor alle deelnemers, terwijl isotone tests koppel- en vermogensmetingen ontkoppelen door de belastingen te individualiseren tot het maximale koppelvermogen van een bepaalde deelnemer en de afweging tussen koppel en snelheid beter vast te leggen.

Het vermogen tot betere individualisering van isotone contracties kan verklaren waarom de koppel-snelheid-krachtrelatie opgebouwd uit isotone contracties een hogere Vmax opleverde dan elk van de isokinetische methoden (Figuur 6A). Als het primaire doel van een onderzoek dus is om veranderingen in Vmax te beoordelen (bijv. voor in vergelijking met na een trainingsinterventie), moeten isotone contracties worden gebruikt omdat isokinetische contracties deze waarde kunnen onderschatten. Als een studie echter in plaats daarvan geïnteresseerd is in het ophelderen van veranderingen in piekvermogen, kunnen vermogenswaarden die worden verkregen uit isokinetische contracties vergelijkbaar zijn met isotone contracties door het piekkoppel (in tegenstelling tot het gemiddelde koppel) tijdens isokinetische verkorting te registreren (Figuur 6B).

Het meten van koppel bij piekvermogen en snelheid bij piekvermogen kan ook waardevol zijn om te beoordelen of er meer wordt vertrouwd op de productie van koppel of snelheid voor dynamische prestaties. Als een ziekte bijvoorbeeld geen verandering in piekvermogen vertoont, maar een toename van het koppel bij piekvermogen en een afname van de snelheid bij piekvermogen, heeft deze ziekte een onevenredige invloed op de snelheid en compenseert de koppelproductie om het vermogen te behouden. Als wordt geprobeerd waarden van koppel bij piekvermogen en snelheid bij piekvermogen te verkrijgen uit isokinetische contracties die vergelijkbaar zijn met waarden die worden verkregen uit isotone contracties, moeten beide isokinetische methoden worden gebruikt die in deze studie worden getoond. Voor het koppel bij piekvermogen komt het registreren van het gemiddelde koppel van isokinetische contracties nauw overeen met het koppel dat wordt verkregen uit de isotone koppel-snelheidsrelatie (Figuur 6C). Omgekeerd komt voor de snelheid bij piekvermogen de registratie van het piekkoppel van isokinetische contracties beter overeen met die van de isotone koppel-snelheidsrelatie, maar nog steeds met een onderschatting van 15% (Figuur 6D). In een recent commentaar18 werd opgemerkt dat, als het de bedoeling is om de functionele capaciteiten van een spier volledig te beschrijven, het wenselijk kan zijn om zowel isotone als isokinetische tests te registreren, waarbij isotone tests worden aanbevolen voor het beoordelen van piekvermogen en isokinetische tests die nodig zijn voor het beoordelen van de piekkoppelproductie tijdens spierverkorting.

De experimentele opstelling die in de huidige studie wordt getoond, heeft ook voordelen om de laboratoriumworkflow te verbeteren in vergelijking met traditionele methoden (bijv. verblijfselektroden, perifere zenuwmanchetten) voor het beoordelen van in vivo mechanische prestaties bij knaagdieren. De op maat gemaakte elektrodehouder maakt een snelle aanpassing van de hoogte van de elektroden en aanpassing van de afstand tussen de elektroden mogelijk (via de gaten in het rode elektrodehouderstuk; Figuur 1) Geschikt voor de beenlengte van elke individuele rat. Deze functies maken het ook gemakkelijker om de plaatsing/locatie van de elektroden op dezelfde rat af te stemmen tussen afzonderlijke testsessies, wat vooral handig is voor longitudinale trainingsstudies. Inderdaad, een typische weerstandstrainingssessie (4 sets van 8-10 herhalingen) op deze opstelling is voltooid met een snelheid van ~15 minuten per rat, of 10 ratten in ~2,5 uur met continu testen 35,36,37. Bovendien, hoewel het hier niet de focus is, heeft de huidige onderzoeksgroep ook een kleiner stuk elektrodehouder ontwikkeld voor het testen van de mechanische functie van de plantaire flexor in vivo van de muis41.

Ondanks de methodologische voordelen van deze opzet, zijn er enkele beperkingen op te merken. Hier gebruikten we een enkelbereik van 70° tot 110° omdat dat de limiet is van het krachttransducersysteem dat we gebruikten, en een meer gestrekte beenpositie om de koppelproductie te optimaliseren, zoals geïnformeerd door onze eerdere experimenten 35,36,37,38,28 - deze opstelling maakt het echter mogelijk om deze posities aan te passen (bijv. gebogen kniepositie, verschillende bewegingsmogelijkheden van de enkel, verschillende activeringsinstellingen) om aan de experimentele behoeften van een bepaalde onderzoeker te voldoen. Er moet ook worden opgemerkt dat deze opstelling het dynamische, variabele gedrag dat kenmerkend is voor in vivo spierfunctie tijdens voortbeweging niet volledig vastlegt, aangezien veranderingen in belasting kunnen optreden tijdens overgangen tussen gewrichtshoeken die helaas niet kunnen worden geïmplementeerd in deze gecontroleerde experimenten met één gewricht. Ten slotte gebruikte het huidige protocol de vergelijking van Hill om de gegevens over koppel en hoeksnelheid te passen, wat uitgaat van een hyperbolische curve. Hoewel deze krommevorm betrouwbaar is voor het bepalen van het piekvermogen (dat optreedt bij submaximale niveaus van kracht en snelheid), kan het Vmax overschatten vanwege de vaak waargenomen dubbel-hyperbolische vorm van de kracht-snelheidsrelatie 2,42. Als het dus het doel van een onderzoeker is om Vmax voornamelijk te beoordelen met behulp van de experimentele opstelling die hier wordt gepresenteerd, kan het worden aanbevolen om deze gegevens ook aan te passen aan een complexere dubbel-hyperbolische curve 2,42.

De isotone en isokinetische koppel-hoeksnelheid-vermogensrelaties die hier worden gepresenteerd, hadden allemaal sterke (R2 > 0,98) passen bij de vergelijking van Hill (Figuur 6H). Gezien de hierboven genoemde beperkingen voor isokinetische koppel-hoeksnelheid-vermogensrelaties, wordt echter aanbevolen om waar mogelijk isotone tests te gebruiken, vooral als het doel is om het piekvermogen te beoordelen. Als in plaats daarvan isokinetische tests moeten worden gebruikt, kunnen de bevindingen van dit artikel worden gebruikt als een leidraad om de beperkingen te begrijpen en de vertaalbaarheid naar contracties met constante belasting te maximaliseren.

Openbaarmakingen

Christopher Rand en Matthew Borkowski zijn in dienst van Aurora Scientific, Inc.

Dankbetuigingen

We danken het personeel van de dierenverzorger Human Health and Nutritional Sciences voor hun hulp bij de zorg voor onze ratten. Dit project werd ondersteund door de Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), subsidienummer RGPIN-2024-03782, en een NSERC Alliance-subsidie (ALLRP 603969-25) met Aurora Scientific inc.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
1-1/2” steel galvanized smooth finishing nails The Hillman Group Canada ULC, Pickering, Ontario, Canadahttps://shop.hillmangroup.ca/ccrz__ProductDetails?sku=461146&cclcl=en_USVoor de op maat gemaakte elektrodenhouder (bouwinstructies worden verstrekt in aanvullende figuur 1)
Apparaat voor rattenAurora Scientific Inc. (Aurora, Ontario, Canada)806D 
Op maat gemaakte elektrodenhouder ontworpen in Tinkercad (open source software) en 3D-geprintAutodesk Tinkercad www.tinkercad.comVoor de op maat gemaakte elektrodenhouder (bouwinstructies worden verstrekt in aanvullende figuur 1)
Krachtige, bifasische stimulatorAurora Scientific Inc. (Aurora, Ontario, Canada)701C
LEGO-onderdelenBrickLink.comZie aanvullende figuur S1 voor de BrickLink.com codes voor alle LEGO® onderdelenVoor de op maat gemaakte elektrodenhouder (bouwinstructies worden verstrekt in aanvullende figuur 1)
Spectra 360 elektrodengelSpectrahttps://www.orthocanada.com/en/spectra-electrode-gel?utm_term=&utm_campaign=Canada+EN+-+Search+-+OrthoCanada&utm_source=adwords&utm_medium=ppc&hsa_acc=1971735470&hsa_cam=136169080&hsa_grp=139530010212&hsa_ad=586754644289&hsa_src=g&hsa_tgt=dsa-19959388920&hsa_kw=&hsa_mt=&hsa_net=adwords&hsa_ver=3&gad_source=1&gad_campaignid=136169080&gbraid=0AAAAAD1V26BmzV4eR9tkH_8Truu4W7uu6&gclid=Cj0KCQjwnJfEBhCzARIsAIMtfKLpFSpoPZdXDBtyR8sRgHYCfYuELZFPs4g8U6r8t4_chBuz5KF0pBIaAoQ3EALw_wcB
Systane nachtelijke smeermiddel oogzalfSystanehttps://www.amazon.ca/dp/B004RSQGWC?ref=nb_sb_ss_w_as-reorder_k0_1_12&=&crid=38CVEZ82H7F4&=&sprefix=eye+ointment
Tien vrouwelijke Sprague-Dawley rattenCharles River Laboratories (Senneville, QC, Canada)Stamcode: 001
Transpore chirurgische tape3M (Milton, Ontario, Canada)1527
Veet Pure haarverwijderingscrèmeVeethttps://www.walmart.ca/en/ip/Veet-Pure-Hair-Removal-Cream-Legs-Body-Sensitive-Skin-400-mL/10032637
Waterverwarmer/circulatorAurora Scientific Inc. (Aurora, Ontario, Canada)827A 

Referenties

  1. Hill, A. V., Sec, R. S. The heat of shortening and the dynamic constants of muscle. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 126 (843), 136-195 (1938).
  2. Alcazar, J., Csapo, R., Ara, I., Alegre, L. M. On the shape of the force-velocity relationship in skeletal muscles: the linear, the hyperbolic, and the double-hyperbolic. Front Physiol. 10, 769(2019).
  3. Araújo, C. G. S., et al. Muscle power versus strength as a predictor of mortality in middle-aged and older men and women. Mayo Clin Proc. 100 (8), 1319-1331 (2025).
  4. Farris, D. J., Sawicki, G. S. Human medial gastrocnemius force-velocity behavior shifts with locomotion speed and gait. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (3), 977-982 (2012).
  5. Clemente, C. J., Richards, C. Muscle function and hydrodynamics limit power and speed in swimming frogs. Nat Commun. 4, 2737(2013).
  6. Yeo, S. H., Monroy, J. A., Lappin, A. K., Nishikawa, K. C., Pai, D. K. Phenomenological models of the dynamics of muscle during isotonic shortening. J Biomech. 46 (14), 2419-2425 (2013).
  7. Lappin, A. K., Monroy, J. A., Pilarski, J. Q., Zepnewski, E. D., Pierotti, D. J., Nishikawa, K. C. Storage and recovery of elastic potential energy powers ballistic prey capture in toads. J Exp Biol. 209 (13), 2535-2553 (2006).
  8. Charles, J. P., Kissane, R. W. P., Askew, G. N. The impacts of muscle-specific force-velocity properties on predictions of mouse muscle function during locomotion. Front Bioeng Biotechnol. 12, 1436004(2024).
  9. Jinha, A., Herzog, W. Muscle power: a simple concept causing much confusion. J Sport Health Sci. 14, 101005(2025).
  10. Andersen, L. L., et al. Changes in the human muscle force-velocity relationship in response to resistance training and subsequent detraining. J Appl Physiol. 99 (1), 87-94 (2005).
  11. Hinks, A., et al. Power loss is attenuated following a second bout of high intensity eccentric contractions due to the repeated bout effect’s protection of rate of torque and velocity development. Appl Physiol Nutr Metab. 46 (5), 461-472 (2020).
  12. Dalton, B. H., Power, G. A., Paturel, J. R., Rice, C. L. Older men are more fatigable than young when matched for maximal power and knee extension angular velocity is unconstrained. Age. 37 (3), 49(2015).
  13. Power, G. A., Dalton, B. H., Rice, C. L., Vandervoort, A. A. Delayed recovery of velocity-dependent power loss following eccentric actions of the ankle dorsiflexors. J Appl Physiol. 109 (3), 669-676 (2010).
  14. Dalton, B. H., Allen, M. D., Power, G. A., Vandervoort, A. A., Rice, C. L. The effect of knee joint angle on plantar flexor power in young and old men. Exp Gerontol. 52, 70-76 (2014).
  15. Power, G. A., Dalton, B. H., Rice, C. L., Vandervoort, A. A. Peak power is reduced following lengthening contractions despite a maintenance of shortening velocity. Appl Physiol Nutr Metab. 38 (12), 1196-1205 (2013).
  16. McNeil, C. J., Rice, C. L. Fatigability is increased with age during velocity-dependent contractions of the dorsiflexors. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 62 (6), 624-629 (2007).
  17. Knight, K. L., Ingersoll, C. D., Bartholomew, J. Isotonic contractions might be more effective than isokinetic contractions in developing muscle strength. J Sport Rehabil. 10 (2), 124-131 (2001).
  18. Thompson, B. J. It’s time to re-evaluate the reporting of common measures from isokinetic dynamometers: isokinetic for torque, isotonic for power. Front Sports Act Living. 7, 1472712(2025).
  19. Leeuwenburgh, C., Gurley, C. M., Strotman, B. A., Dupont-Versteegden, E. E. Age-related differences in apoptosis with disuse atrophy in soleus muscle. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 288 (5), R1288-R1296 (2005).
  20. Padilla, C. J., et al. Profiling age-related muscle weakness and wasting: neuromuscular junction transmission as a driver of age-related physical decline. Geroscience. 43 (3), 1265-1281 (2021).
  21. Fuqua, J. D., et al. Impaired proteostatic mechanisms other than decreased protein synthesis limit old skeletal muscle recovery after disuse atrophy. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 14 (5), 2076-2089 (2023).
  22. Ochi, E., Nakazato, K., Ishii, N. Effects of eccentric exercise on joint stiffness and muscle connectin (titin) isoform in the rat hindlimb. J Physiol Sci. 57 (1), 1-6 (2007).
  23. Warren, G. L., Stallone, J. L., Allen, M. R., Bloomfield, S. A. Functional recovery of the plantarflexor muscle group after hindlimb unloading in the rat. Eur J Appl Physiol. 93 (1-2), 130-138 (2004).
  24. Herzog, W., Leonard, T. R. Force enhancement following stretching of skeletal muscle: a new mechanism. J Exp Biol. 205 (Pt 9), 1275-1283 (2002).
  25. Lewis, M. T., Kasper, J. D., Bazil, J. N., Frisbee, J. C., Wiseman, R. W. Skeletal muscle energetics are compromised only during high-intensity contractions in the Goto-Kakizaki rat model of type 2 diabetes. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 317 (2), R356-R368 (2019).
  26. Hill, C., James, R., Cox, V., Tallis, J. Does dietary-induced obesity in old age impair the contractile performance of isolated mouse soleus, extensor digitorum longus and diaphragm skeletal muscles. Nutrients. 11 (3), 505(2019).
  27. Yuan, L., et al. The atypical β-blocker S-oxprenolol reduces cachexia and improves survival in a rat cancer cachexia model. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 14 (1), 653-660 (2023).
  28. Hinks, A., Power, G. A. Age-related differences in the loss and recovery of serial sarcomere number following disuse atrophy in rats. Skeletal Muscle. 14 (1), 18(2024).
  29. Hulst, J. B., Minamoto, V. B., Lim, M. B., Bremner, S. N., Ward, S. R., Lieber, R. L. Systematic test of neurotoxin dose and volume on muscle function in a rat model. Muscle Nerve. 49 (5), 709-715 (2014).
  30. Wang, X., et al. Human neural stem cells transplanted during the sequelae phase alleviate motor deficits in a rat model of cerebral palsy. Cytotherapy. 26 (12), 1491-1504 (2024).
  31. Baltgalvis, K. A., Call, J. A., Cochrane, G. D., Laker, R. C., Yan, Z., Lowe, D. A. Exercise training improves plantar flexor muscle function in mdx mice. Med Sci Sports Exerc. 44 (9), 1671-1679 (2012).
  32. Sam, M., Shah, S., Fridén, J., Milner, D. J., Capetanaki, Y., Lieber, R. L. Desmin knockout muscles generate lower stress and are less vulnerable to injury compared with wild-type muscles. Am J Physiol Cell Physiol. 279 (4), C1116-C1122 (2000).
  33. Mintz, E. L., Passipieri, J. A., Lovell, D. Y., Christ, G. J. Applications of in vivo functional testing of the rat tibialis anterior for evaluating tissue engineered skeletal muscle repair. J Vis Exp. (116), e54487(2016).
  34. Song, H., Nakazato, K., Nakajima, H. Effect of increased excursion of the ankle on the severity of acute eccentric contraction-induced strain injury in the gastrocnemius: an in vivo rat study. Am J Sports Med. 32 (5), 1263-1269 (2004).
  35. Hinks, A., Patterson, M. A., Njai, B. S., Power, G. A. Age-related blunting of serial sarcomerogenesis and mechanical adaptations following 4 weeks of maximal eccentric resistance training. J Appl Physiol. 136 (5), 1209-1225 (2024).
  36. Hinks, A. A., Vlemmix, E., Power, G. A. Submaximal eccentric resistance training increases serial sarcomere number and improves dynamic muscle performance in old rats. Physiol Rep. 12 (19), e70036(2024).
  37. Hinks, A., Vlemmix, E., Power, G. A. Submaximal eccentric training during immobilization does not prevent serial sarcomere loss or impairments in mechanical function in old or young rats. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 80 (7), glaf082(2025).
  38. Vlemmix, E., Hinks, A., Power, G. A. Serial sarcomerogenesis does not contribute to the initial repeated bout effect in skeletal muscle. J Biomech. 187, 112767(2025).
  39. Oh, S. S., Narver, H. L. Mouse and rat anesthesia and analgesia. Curr Protoc. 4 (2), e995(2024).
  40. Paris, M. T., McNeil, C. J., Power, G. A., Rice, C. L., Dalton, B. H. Age-related performance fatigability: a comprehensive review of dynamic tasks. J Appl Physiol. 133 (4), 850-866 (2022).
  41. Hinks, A., et al. Time course changes in in vivo muscle mechanical function and Ca2+ regulation of force following experimentally induced gradual ovarian failure in mice. Exp Physiol. 109 (5), 711-728 (2024).
  42. Edman, K. A. Double-hyperbolic force-velocity relation in frog muscle fibres. J Physiol. 404 (1), 301-321 (1988).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Isotone contractiesisokinetische contractiesin vivo spiertestentranscutane elektrische stimulatiebeoordeling van spiervermogenload clamp protocolHill vergelijkingspiercontractiele functie

Gerelateerde artikelen